close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Прогнозирование прочности тканей баллистического назначения при воздействии различных внешних факторов..pdf

код для вставкиСкачать
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №6
УДК 677.017
Я. И. Буланов, А. В. Курденкова, Ю. С. Шустов
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ТКАНЕЙ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ
Ключевые слова: параарамидные ткани, Русар, нагрузка при прорезании, стрела прогиба, влажность, прогнозирование, математическая модель.
В настоящее время актуальным вопросом является обеспечение безопасности жизни и здоровья человека.
Многообразие средств индивидуальной защиты предполагает создание и усовершенствование универсального
средства защиты, например, такого как бронежилет. Он должен обеспечивать защиту не только от поражения огнестрельным, но и холодным оружием, а также быть достаточно легким, удобным и не снижать
защитные показатели в процессе эксплуатации. Поэтому в работе было проведено исследование влияние
влажности на механические свойства материалов, применяемых для изготовления бронежилетов, а также
была получена математическая модель, позволяющая с высокой степенью точности прогнозировать нагрузку
при прорезании параарамидных тканей в зависимости от влажности воздуха, количества слоев и параметров
строения образцов.
Keywords: Para-aramid Fabric, Rusar, cutting load, sag, humidity, forecasting, mathematical model.
Present time an important issue is to ensure of life and human health. The variety of personal protective equipment involves the creation and improvement of universal tools of protection, such like body armor. It must not only provide
protection from damage by firearms, but else from cold steel arms, to be light weight, comfortable and not reduce protection during exploitation. In study were carried out the humidity effect to the mechanical properties of the materials,
used for manufacturing of the body armor, and also were created a mathematical model that allows to forecast paraaramid fabrics cutting load depending of humidity, number of layers and structure of the samples with high accuracy.
ветствие стандартам. По специальному целевому
назначению холодное оружие делится на гражданское и боевое (военное).
Основным элементов средств индивидуальной защиты в настоящее время является бронежилет. Его задача – обеспечивать защиту жизненно
важных органов военнослужащего от поражения
различными видами оружия, заброневой контузионной травмы и механических повреждений при ведении боевых действий.
Современный бронежилет состоит из трех
основных элементов: наружного чехла с системой
крепления и подгонки, броневого материала, помещенного внутрь чехла и амортизирующей прокладки. Следовательно, правильный выбор текстильных
материалов для создания бронежилетов способствует созданию высококачественных изделий, отвечающих конкретным условиям эксплуатации, назначению и потребительским предпочтениям [1].
В связи с этим важным является прогнозирование нагрузки при прорезании с учетом количества
слоев тканей для бронезащиты и их влажности.
В качестве объектов исследования были выбраны
образцы
тканей
баллистического
назначения.
Образцы, выработанные из нитей «Русар»,
отличаются структурными характеристиками и выработаны полотняным переплетением (табл. 1).
Нагрузка
при
прорезании
полотен
определялась на универсальной испытательной
системе «Инстрон» серии 4411 при различных
скоростях движения верхнего зажима.
Для
испытаний использовались насадки в виде ножа с
двумя и одним острыми краями.
В таблице 2 приведены результаты
испытаний, проведенных с помощью насадки в виде
ножа с одним острым краем.
Опыт эксплуатации средств индивидуальной
защиты в России и за рубежом показал, что холодное оружие представляет значительную проблему
для разработчиков бронежилетов.
Данное обстоятельство связано с тем, что
проникающая способность холодного оружия оказалась значительно выше, чем у многих пуль короткоствольного оружия, а также количество видов холодного оружия, отличающихся по форме и характеристикам, наличие огромного числа самодельного
холодного оружия создает проблему выбора такого
средства поражения, которое можно было бы стандартизировать. Несмотря на это, во многих странах
мира такой выбор был сделан, и стандарты на защиту от холодного оружия существуют, в США, Великобритании, Китае, Франции и др. В них, как правило, нормируются два параметра, влияющих на определение класса защиты от холодного оружия [1].
Первый параметр - это энергия удара. В разных стандартах указываются разные значения, но в
основном они разбиваются на 2-3 уровня. Первый минимальный уровень в 25…50 Дж характеризует
удар, наносимый одной рукой. Второй - в 50…100
Дж - удар, наносимый двумя руками. В некоторых
стандартах предусмотрен и третий уровень, который
является разновидностью второго уровня.
Вторым параметром является форма, материал и параметры заточки холодного оружия. В России в качестве основного средства испытания принят штык-нож стандартной заточки 6Х4 к АКМ.
Большинство зарубежных стандартов использует
специальные ножи и заточки формы, указанной по
стандарту.
Для классификации холодного оружия служат специальное целевое назначение, способ, место
изготовления, конструктивное устройство, поражающее действие, способ удержания в руке, соот147
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №6
Таблица 1 – Структурные характеристики исследуемых тканей
Показатель качества
Толщина, мм
Линейная плотность нитей основы,
текс
Линейная плотность нитей утка, текс
Плотность ткани по основе, число
нитей на 10 см
Плотность ткани по утку, число нитей на 10 см
Линейная плотность ткани, г/м
Поверхностная плотность ткани, г/м2
Средняя плотность ткани, мг/мм
3
11938
0,248
11939
0,460
11942
0,255
Артикул
12012
0,215
12035
0,157
12036
0,323
12037
0,847
64,00
32,50
63,50
52,80
23,31
32,50
65,12
64,00
32,50
63,50
52,80
23,31
32,50
65,12
130
219
130
100
160
240
320
130
218
130
100
160
240
335
95,75
165
96,09
148,98
89,40
165
74,32
110
45,61
76,88
121,77
153,50
122,65
427,35
0,630
0,324
0,614
0,586
0,490
0,475
0,504
Таблица 2 – Результаты испытаний параарамидных тканей из нитей «Русар» на прорезание насадкой в
виде ножа с одним острым краем
11938
11939
11942
12012
12035
12036
12037
200,0
191,6
97,3
55,4
81,8
118,7
215,3
174,5
178,0
95,2
54,9
73,5
118,1
184,0
146,9
178,0
90,6
46,0
65,4
117,2
149,1
119,2
175,4
83,4
42,3
59,9
116,9
121,6
82,1
147,1
81,5
39,6
52,6
115,4
82,1
22,25
28,32
28,38
28,90
29,73
28,48
25,58
22,15
22,76
25,98
25,72
28,10
19,80
24,75
21,66
23,72
25,90
25,67
26,16
19,71
19,82
20,24
19,01
24,71
25,49
22,59
17,97
17,11
500 мм/мин
385 мм/мин
275 мм/мин
165 мм/мин
50 мм/мин
385 мм/мин
275 мм/мин
165 мм/мин
50 мм/мин
Артикул ткани
Стрела прогиба, мм
500 мм/мин
Нагрузка при прорезании, Н
18,98
18,79
24,33
20,21
14,17
17,50
15,07
На рис. 1 и 2 приведены зависимости нагрузки при прорезании ножом с одним острым краем и
стрелы прогиба образцов от скорости движения зажима. В таблице 3 приведены результаты испытаний, проведенных с помощью насадки в виде ножа с
двумя острыми краями.
На рис. 3 и 4 приведены зависимости разрывной нагрузки и разрывного удлинения образцов
от скорости движения зажима. Общая тенденция изменения нагрузки при
прорезании и стрелы прогиба для ножа с двумя острыми краями аналогичная, что и для ножа с одним
острым краем.
Зависимость нагрузки при прорезании и
стрелы прогиба от скорости движения зажима определяются линейной функцией следующего вида:
Рис. 1 – Зависимость нагрузки тканей при
прорезании ножом с одним острым краем от
скорости движения зажимов
y = -ах + b,
где
y
–
x
a,
b
–
–
нагрузка при прорезании и стрела
прогиба, Н и мм;
скорость движения зажима, мм/мин;
расчетные коэффициенты.
Важным показателем, характеризующим
защитные свойства изделия является влажность
окружающей среды.
Исследуемые образцы перед разрушением
выдерживались в автоматическом гигростате в
течение 24 часов при 40, 65 и 90% влажности.
Для разработки методики прогнозирования
нагрузки при прорезании ножом с двумя острыми
краями были проведены дополнительные испытания
при скорости 100 мм/мин.
Рис. 2 – Зависимость стрелы прогиба тканей при
прорезании ножом с одним острым от скорости
движения зажимов
148
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №6
Таблица 3 – Результаты испытаний параарамидных тканей из нитей «Русар» на прорезание насадкой в
виде ножа с двумя острыми краями
11938
11939
11942
12012
12035
12036
12037
162,0
159,0
76,9
46,0
67,1
92,6
180,9
141,3
148,4
75,2
45,6
60,3
92,1
154,6
119,0
147,6
71,6
38,2
53,6
90,6
125,2
96,6
138,6
65,9
35,1
49,1
89,5
102,1
66,5
122,1
64,4
32,9
43,1
87,6
69,0
18,02
23,51
22,42
23,98
24,37
22,21
21,49
17,94
18,89
20,52
21,34
23,04
15,44
20,79
500 мм/мин
385 мм/мин
275 мм/мин
165 мм/мин
50 мм/мин
385 мм/мин
275 мм/мин
50 мм/мин
165 мм/мин
Артикул ткани
Стрела прогиба, мм
500 мм/мин
Нагрузка при прорезании, Н
17,54
19,68
20,46
21,30
21,45
15,37
16,65
16,39
15,78
19,52
21,16
18,52
14,01
14,37
15,37
15,60
19,22
16,77
11,62
13,65
12,65
По, Пу –плотность ткани по основе и утку,
число нитей / 10 см.
Применяя методы анализа размерностей,
функциональное соотношение (1) можно выразить
через безразмерные комплексы. Тогда соотношение
примет вид:
(2)
Q
Qисх
 f ( 1 , 2 )
где η1 – безразмерный показатель, характеризующий
влияние влажности воздуха на нагрузку при
прорезании ткани; η2 – безразмерный показатель,
характеризующий структурные характеристики
тканей/
Для установления степени влияния каждого
из указанных параметров находим зависимости
(3)
   1 2
(4)
 1  f W   2,74e 0 ,02W
Рис. 3 – Зависимость разрывной нагрузки тканей
при прорезании насадкой в виде ножа с двумя
острыми краями от скорости движения зажимов
где η1 - безразмерный показатель, характеризующий влияние влажности воздуха на нагрузки при
прорезании полотен (рис. 5).
Рис. 4 – Зависимость стрелы прогиба тканей при
прорезании насадкой в виде ножа с двумя
острыми краями от скорости движения зажимов
Для определения зависимости нагрузки при
прорезании параарамидных тканей от влажности
воздуха и параметров строения полотен воспользуемся методами теории подобия и анализа размерностей [2, 3].
(1)
Q  f ( Qисх ,W ,n,Т o ,Т у ,П o ,П у )
Рис. 5 - Безразмерный показатель, характеризующий влияние влажности воздуха на нагрузки
при прорезании полотен
где Q – нагрузка при прорезании параарамидной
ткани после изменения влажности
воздуха, Н;
Qисх – нагрузка при прорезании параарамидной ткани при влажности 65%, Н;
W – влажность воздуха, %;
n – количество слоев ткани;
То, Ту – линейная плотность нити основы и
утка, текс;
 Т у  Пу 
n

 Т у  Пу 
 Т о  По 

2  f  n 

 Т о  По  3,47   n  Т у  П у   0,12


 Т о  По 
(5)
где η2 - безразмерный показатель, характеризующий
структуру ткани (рис. 6).
149
Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №6
≤
n
Формула справедлива при 40 ≤W≤90, 1,66
≤ 5,63. Отклонение расчетных значений от
Т у  Пу
Т о  По
экспериментальных не превышает 4,76%.
Получена математическая модель, позволяющая с высокой степенью точности прогнозировать нагрузку при прорезании параарамидных тканей в зависимости от влажности воздуха, количества слоев и параметров строения образцов.
Литература
1. Григорян В. А., Кобылкин И. Ф., Маринин В. М., Чистяков Е. Н. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования. - РадиоСофт.
2008, 406 с.
2. Шустов Ю.С. Методы подобия и размерности в текстильной промышленности.- М.: МГТУ, 2002 – 191 с.
3. Шустов Ю. С., Курденкова А. В., Ким А.
А. Прогнозирование разрывной нагрузки тканей для изготовления бронежилетов // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности. 2010. - N4. - С. 18-20.
Рис. 6 - Безразмерный показатель, характеризующий структуру ткани
Таким образом, окончательная формула для
расчета нагрузки при прорезании примет вид:


 Т у  Пу 


n

 То  По 

Q  Qисх   2,74e0,02W   


 Т у  Пу 
 3,47   n  Т  П   0,12 
о
о 



(6)
______________________________________________
© Я. И. Буланов – асп. каф. текстильного материаловедения и товарной экспертизы МГУДТ; А. В. Курденкова - канд. техн.
наук, доцент той же кафедры, akurdenkova@yandex.ru; Ю. С. Шустов – д-р техн. наук, профессор, зав. каф. текстильного материаловедения и товарной экспертизы МГУДТ, venerabb@mail.ru.
© Ya. I. Bulanov – the graduate student of department of Textile materials science and commodity examination of MGUDT;
A. V. Kurdenkova - Candidate of Technical Sciences, the associate professor of Textile materials science and commodity examination
of MGUDT, akurdenkova@yandex.ru; Yu. S. Shustov – the Doctor of Engineering, professor, the head of the department of Textile
materials science and commodity examination of MGUD, venerabb@mail.ru.
150
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
338 Кб
Теги
внешний, прогнозирование, воздействия, баллистического, pdf, прочность, факторов, тканей, различных, назначение
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа